CN114486869A - 一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性或定量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性或定量检测方法。该方法利用茜素红S(ARS)与氢氧化钠反应生成碱化茜素红S，碱化茜素红S能与电子烟烟油中以尼古丁盐形式存在的尼古丁成分发生显色反应，颜色变化可裸眼识别，以判断烟油中是否含有尼古丁成分，也可通过检测溶液吸光度值变化来实现对尼古丁成分的定量检测。该方法可以实现电子烟烟油中尼古丁成分的快速定性和定量检测，且采用的检测设备体积小，成本低，检测时间短，精度较高，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学检测方法，尤其涉及一种基于碱化茜素红S与尼古丁盐反应产生颜色变化实现电子烟烟油中尼古丁成分可视化检测方法以及通过检测溶液吸光度值变化实现电子烟烟油中尼古丁成分定量检测的方法，属于化学检测技术领域。
背景技术
尼古丁是烟草的重要成分，尼古丁会使人上瘾或产生依赖性，重复使用尼古丁也增加心跳速率和升高血压并降低食欲，大剂量的尼古丁会引起呕吐以及恶心，严重时人会死亡。烟草中的尼古丁也被认为是导致肺癌的重要因素之一。
电子烟是一种模仿卷烟的电子产品，电子烟也含有传统烟草的有害物质尼古丁成分，它是通过加热烟油，将尼古丁成分等变成蒸汽后，让用户吸食的一种产品。世界卫生组织专门对电子烟进行了研究，并得出了明确的结论：电子烟有害公共健康，它更不是戒烟手段，必须加强对其进行管制，杜绝对青少年和非吸烟者产生危害。
传统的检测尼古丁的方法主要包括气相色谱及高效液相色谱法等，这些方法需要较为复杂的仪器设备及专业的技术人员，无法满足实时检测的要求。在现有技术中有报道茜素红S与尼古丁之间的反应为显色反应，但是电子烟烟油中的尼古丁成分并非是以游离的尼古丁存在，主要是以尼古丁盐(如尼古丁与苯甲酸等有机酸形成的尼古丁盐)形式存在，尼古丁盐与茜素红S之间并不反应，颜色并不发生变化，茜素红S并不适用于电子烟烟油中的尼古丁成分的检测。
发明内容
针对现有检测尼古丁的方法较难实现电子烟烟油中尼古丁成分实时检测的问题，本发明的第一个目的是在于提供一种根据颜色变化实现电子烟烟油中以尼古丁盐形式存在的尼古丁成分可视化检测方法，该方法选择性好、灵敏度高、简单、方便、快速，可用于实时检测样品中是否含有尼古丁成分。
本发明的第二个目的是在于提供一种通过检测溶液吸光度值变化实现电子烟烟油中以尼古丁盐形式存在的尼古丁成分定量检测的方法，该方法选择性好、灵敏度高、简单、方便，可用于实时检测样品中尼古丁成分含量。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性检测方法，该方法是在茜素红S溶液中加入氢氧化钠溶液进行反应，直至反应液由黄色变成紫色，再向反应液中加入电子烟烟油样品反应，如果反应液由紫色变成红色，说明电子烟烟油样品含有尼古丁成分，如果反应液不变色，说明电子烟烟油样品不含尼古丁成分。
在现有技术中有报道茜素红S与尼古丁之间的反应为显色反应，但是电子烟烟油中的尼古丁成分并非是以游离的尼古丁存在，主要是以尼古丁盐(如尼古丁与苯甲酸等有机酸形成的尼古丁盐)形式存在，尼古丁盐与茜素红S之间并不反应，颜色并不发生变化，而本发明技术方案的关键是在于先将茜素红S与氢氧化钠反应生成碱化茜素红S，而碱化茜素红S能与尼古丁盐进行显色反应，从而达到肉眼判断烟油是否含有尼古丁的目的。茜素红S在溶液中显黄色，与氢氧化钠反应后生成碱化茜素红S溶液为紫色，碱化茜素红S溶液能与尼古丁盐进行反应，使得碱化茜素红S去质子化程度降低，转化成红色。
作为一个优选的方案，所述茜素红S溶液的浓度为0.06g/L～0.08g/L；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；所述茜素红S溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为1mL:5～10μL。由于茜素红S包含了两个酚羟基，需要将其进行去质子化才有明显的显色，而尼古丁盐本身由于结合了阳离子而碱性变弱，趋向于中性，难以将茜素红S中的酚羟基去质子化，并且烟油中尼古丁盐的含量本来就很低，因此茜素红S不几乎与烟油中尼古丁盐进行显色反应。而本发明的技术方案的关键是在于先利用过量的氢氧化钠来与茜素红S反应使得茜素红S进行去质子化转化成碱化茜素红S，而意外发现，在稍过量氢氧化钠作用下，尼古丁盐与碱化茜素红S发生竞争络合反应，生成茜素红S络合物，由于碱化茜素红S为紫色，而茜素红S络合物为红色，反应过程中存在明显的颜色变化。对于茜素红S的碱化过程是十分重要的，特别是对于氢氧化钠溶液浓度及用量的控制是关键，如果氢氧化钠溶液用量及浓度过低，则难以将茜素红S碱化，则电子烟烟油中的尼古丁盐不会与茜素红S反应而变色的，如果加入氢氧化钠溶液用量及浓度过量，尼古丁盐彻底游离成尼古丁，且过量的碱使得尼古丁无法与碱化茜素红S反应，不会出现显色反应。
作为一个优选的方案，所述茜素红S溶液与所述电子烟烟油样品的体积比为1mL:15～25μL。
本发明还提供了一种电子烟烟油中的尼古丁定量检测方法，其包括以下步骤：
1)先将茜素红S溶液与氢氧化钠溶液进行反应，再加入一系列不同浓度的尼古丁盐标准溶液分别进行反应后，测定各反应液的吸光度值，并构建吸光度值与尼古丁盐浓度的标准曲线；
2)先将茜素红S溶液与氢氧化钠溶液进行反应，再加入电子烟烟油待测样品进行反应后，测定反应液的吸光度值，再结合标准曲线计算电子烟烟油中尼古丁成分含量。
作为一个优选的方案，所述茜素红S溶液的浓度为0.06g/L～0.08g/L；所述氢氧化钠溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；所述茜素红S溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为1mL:5～10μL。
作为一个优选的方案，所述茜素红S溶液与所述电子烟烟油样品的体积比为1mL:15～25μL。
作为一个优选的方案，尼古丁盐标准溶液的浓度在0.001～0.01mg/mL范围内。
作为一个优选的方案，所述吸光度值为570nm处吸光度值。
作为一个优选的方案，所述吸光度值通过便携式尼古丁检测设备测试得到；所述便携式尼古丁检测设备包括液体检测部分和分析部分；所述液体检测部分包括暗箱，暗箱内设有光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器；所述分析部分包括核心处理器模块，所述核心处理器模块与显示模块、按键模块、存储模块和通讯模块分别相连；所述核心处理器模块与色彩传感器相接。吸光度值通过便携式尼古丁检测设备还包括电源模块。核心处理器模块、显示模块、按键模块、存储模块、通讯模块、电源模块等都是现有技术常见的模块。本发明的便携式尼古丁检测设备简便、且能够快速检测570nm波段左右处溶液的吸光度变化，可以用于定量检测电子烟油中尼古丁成分含量。本发明的便携式尼古丁检测设备工作原理：将待测液加入待测液体承装容器中，光源发生装置发出准直处理过的白光穿过待测液体，将待测液体的颜色投到色彩检测传感器上，色彩传感器通过对色谱值数据进行采集并传送到核心处理器模块，经过核心处理器模块进行数据运算和处理后，将检测到的液体颜色及透光度等参数结果在显示模块上显示。
本发明构建的吸光度值与尼古丁盐浓度的标准曲线以吸光度值为纵坐标，标准尼古丁盐浓度为横坐标。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
本发明的基于碱化茜素红S溶液颜色变化检测尼古丁成分方法选择性好、灵敏度高、简单、方便。
本发明的基于碱化茜素红S溶液颜色变化检测尼古丁成分方法操作简单、低成本，且不需要专业技术人员操作，有利于扩大生产和应用。
本发明利用便携式尼古丁检测设备可以用于电子烟烟油中尼古丁成分的快速检测，该设备本身体积小，功耗低，耗材少，成本低，检测时间短，测定被测物计量精度较高，有利于推广使用。
本发明通过检测溶液吸光度值变化可以实现电子烟烟油中以尼古丁盐形式存在的尼古丁成分定量检测，选择性好、灵敏度高、简单、方便，可用于实时检测样品中尼古丁成分含量。
附图说明
【图1】为茜素红S溶液或碱化茜素红S溶液检测尼古丁或尼古丁盐过程中的颜色变化；A图为茜素红S溶液直接检测尼古丁，B、C图为碱化茜素红S溶液检测电子烟烟油中尼古丁盐；A图中左边为茜素红S溶液，右边为茜素红S溶液加入尼古丁后；B图中左边为茜素红S溶液，中间为茜素红S溶液加入NaOH后，右边为加入含尼古丁盐烟油后；C图左边为茜素红S溶液，中间为茜素红S溶液加入NaOH后，右边为加入不含尼古丁盐烟油后。
【图2】为碱化茜素红S溶液加入尼古丁盐前后紫外吸收光谱图。
【图3】为构建的标准曲线，吸光度值为纵坐标，标准尼古丁盐浓度为横坐标。
【图4】为便携式尼古丁检测设备示意图。
【图5】为便携式尼古丁检测设备的检测工作流程。
【图6】为便携式尼古丁检测设备的外形图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明的便携式尼古丁检测设备主要包括液体检测部分、分析部分和电源模块等。液体检测部分包括暗箱，以及位于暗箱内的光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器，光源发生装置发出准直处理过的白光照过待测液体，将液体的颜色投到色彩传感器上。分析部分包括核心处理器模块，与核心处理器模块相接的液晶显示模块、手持按键模块以及存储模块、蓝牙及wifi等无线通讯模块等，核心处理器模块与色彩传感器相接，主要用于接收色彩传感器采集得到的色谱值等数据，并与初始数据值对比，将通过运算后所得检测结果如液体颜色及透光度参数等显示在液晶显示模块的液晶屏上。色彩传感器可以为RGB色彩传感器、XYZ颜色传感器、可见光光谱传感器等，优先采用摄像头装置，可以快速便捷的将物体的颜色信号转换为数字量，通过个中央处理器模块可以得到需要检测结果。
如图4所示，便携式尼古丁检测设备的检测工作原理如下：首先通过白色光照过液体，将液体的颜色投到或者反射到色彩传感器检测部件上，检测色谱数值，即待测液体的颜色变化来判断被检测液体中是否还有尼古丁成分。通过液体颜色传感器得到的光谱参数，经过核心处理器的计算，将结果与原始紫色药剂的参数进行对比计算，将结果显示在液晶屏上，最终实现对液体中是否含有尼古丁成分进行判定。另外，颜色传感器还可以实现对透射光谱在570nm左右波段的透射光强，核心处理器根据朗伯–比尔定律计算出被测物尼古丁成分的具体浓度。
如图5所示，便携式尼古丁检测设备的检测工作流程如下：首先开机，开机后检测仪进行自检，自检结果在液晶屏上显示，如果自检没有通过就在液晶屏上显示对应的仪器错误信息，自检通过进入下一个标定界面，提示放入紫色的标准药剂进行仪器标定，标定后还会显示标定结果，如果用户放入了错误的标准药剂，会提示再次进行标定，直到标定成功，标定成功之后在进入检测界面，检测界面提示放入需要检测的液体，待检测完成，检测结果会在液晶屏上显示，显示信息包括被检测液体是否还有尼古丁成分，以及尼古丁成分的含量。
如图6所示为便携式尼古丁检测设备的外形图，外形图的上部分为尼古丁检测仪的检测装置部分，结构上包括一个可以通过按压开启和闭合的遮光罩，遮光罩下方为透光的放置承载液体的待测液体承装容器。仪器的下半部分为彩色并带有触摸功能的液晶显示屏，仪器的右边还有两个按键，两个按键分别为开关机按键和液晶背光开关按键。
利用便携式尼古丁检测设备，配合茜素红S溶液和氢氧化钠溶液可以快速便捷地检测电子烟油中的尼古丁成分，通过色彩传感器可以明确指示被测烟油是否含有尼古丁成分，另外通过透射光强的计算还可以判断出其中的尼古丁成分的含量，实验结查表明本仪器测量精准，使用便捷。
实施例1
通过使用便携式尼古丁检测设备，以及利用茜素红S溶液颜色变化原理快速检测电子烟烟油中尼古丁成分含量的方法：茜素红S与尼古丁反应后颜色变化如图1所示。
1)将茜素红S溶于水中配置成浓度为0.06g/L的溶液，于1mL茜素红S溶液中，先加入5μL1 mol/L的氢氧化钠溶液反应，反应液快速转变成紫色，再加入20μL不同浓度(0.001～0.01mg/mL，具体如图3)的尼古丁盐(尼古丁苯甲酸盐)标准溶液，可以观察到溶液立即由紫色转变成红色，同时溶液吸收曲线也发生变化(图2)，吸收峰有较大红移。
2)在570nm处，检测加入不同浓度尼古丁盐后，茜素红S溶液吸光度变化，以吸光度为纵坐标，尼古丁盐浓度为横坐标，绘制标准曲线(图3)。
3)于1mL浓度为0.06g/L的茜素红S溶液中，加入5μL1 mol/L的氢氧化钠溶液，可以观察到此时溶液由黄色变成紫色，然后，向其中加入20μL的电子烟烟油样品。通过观察茜素红S溶液是否变成红色判断烟油中是否含有尼古丁成分(图1中B)。电子烟烟油中不包含尼古丁成分时，茜素红S溶液不变色(图1中C)。
4)在570nm处，测试加入烟油样品后溶液吸光度值，从标注曲线中求得烟油样品中尼古丁含量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
对比实施例1
于1mL浓度为0.06g/L的茜素红S溶液中，加入20μL的含尼古丁盐的烟油样品(浓度约0.01mg/mL)，观察到溶液无颜色变化。说明茜素红S不能直接检测尼古丁烟油样品中是否含尼古丁成分。
于1mL浓度为0.06g/L的茜素红S溶液中，加入20μL1 mol/L的氢氧化钠溶液，可以观察到此时溶液由黄色变成紫色，然后，向其中加入20μL的含尼古丁盐的烟油样品(浓度约0.01mg/mL)，无颜色变化。说明过量的氢氧化钠溶液导致不发生显色反应。
于1mL浓度为0.06g/L的茜素红S溶液中，加入5μL1 mol/L的氢氧化钠溶液，可以观察到此时溶液由黄色变成紫色，然后，向其中加入20μL的含尼古丁盐的烟油样品(浓度约0.01mg/mL)，观察到溶液颜色由紫色变化成红色，说明在适量的氢氧化钠加入生成的碱化茜素红S能够检测烟油样品中的尼古丁盐。
Claims (8)
1.一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性检测方法，其特征在于：在茜素红S溶液中加入氢氧化钠溶液进行反应，直至反应液由黄色变成紫色，再向反应液中加入电子烟烟油样品反应，如果反应液由紫色变成红色，说明电子烟烟油样品含有尼古丁成分，如果反应液不变色，说明电子烟烟油样品不含尼古丁成分。
2.根据权利要求1所述的一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性检测方法，其特征在于：
所述茜素红S溶液的浓度为0.06g/L～0.08g/L；
所述氢氧化钠溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；
所述茜素红S溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为1mL:5～10μL。
3.根据权利要求1所述的一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性检测方法，其特征在于：所述茜素红S溶液与所述电子烟烟油样品的体积比为1mL:15～25μL。
4.一种电子烟烟油中的尼古丁成分定量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)先将茜素红S溶液与氢氧化钠溶液进行反应，再加入一系列不同浓度的尼古丁盐标准溶液分别进行反应后，测定各反应液的吸光度值，并构建吸光度值与尼古丁盐浓度的标准曲线；
2)先将茜素红S溶液与氢氧化钠溶液进行反应，再加入电子烟烟油待测样品进行反应后，测定反应液的吸光度值，再结合标准曲线计算电子烟烟油中尼古丁成分含量。
5.根据权利要求4所述的一种电子烟烟油中的尼古丁成分定量检测方法，其特征在于：
所述茜素红S溶液的浓度为0.06g/L～0.08g/L；
所述氢氧化钠溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；
所述茜素红S溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为1mL:5～10μL。
6.根据权利要求4所述的一种电子烟烟油中的尼古丁成分定量检测方法，其特征在于：所述茜素红S溶液与所述电子烟烟油样品的体积比为1mL:15～25μL。
7.根据权利要求4所述的一种电子烟烟油中的尼古丁成分定量检测方法，其特征在于：所述吸光度值为570nm处吸光度值。
8.根据权利要求4所述的一种电子烟烟油中的尼古丁成分定量检测方法，其特征在于：
所述吸光度值通过便携式尼古丁检测设备测试得到；
所述便携式尼古丁检测设备包括液体检测部分和分析部分；
所述液体检测部分包括暗箱，暗箱内设有光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器；
所述分析部分包括核心处理器模块，所述核心处理器模块与显示模块、按键模块、存储模块和通讯模块分别相连；
所述核心处理器模块与色彩传感器相接。
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|---|---|---|---|
| CN202111601287.XA CN114486869A (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 一种基于颜色变化的电子烟烟油中的尼古丁成分定性或定量检测方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117405824A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-01-16 | 山东金城医药研究院有限公司 | 一种尼古丁含量测定试剂盒及快速检测方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008089405A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | オゾン検知シート |
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